{"id":74888,"date":"2023-02-24T14:01:46","date_gmt":"2023-02-24T19:01:46","guid":{"rendered":"https:\/\/mayahtt.com\/?p=74888"},"modified":"2023-02-24T14:01:46","modified_gmt":"2023-02-24T19:01:46","slug":"refroidissement-dune-voiture-course-electrique-simulation-modeles-reduits","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.mayahtt.com\/fr\/blog\/refroidissement-dune-voiture-course-electrique-simulation-modeles-reduits\/","title":{"rendered":"Refroidissement d\u2019une voiture de course \u00e9lectrique : Couplage de la CFD et de la simulation de syst\u00e8me \u00e0 l\u2019aide de mod\u00e8les r\u00e9duits"},"content":{"rendered":"

L\u2019\u00e9quipe Formule \u00e9lectrique de McGill (MFE) con\u00e7oit et produit une voiture \u00e9lectrique de course chaque ann\u00e9e. Dans la premi\u00e8re partie<\/a> de cette s\u00e9rie, une simulation de syst\u00e8me du refroidissement du v\u00e9hicule a \u00e9t\u00e9 cr\u00e9\u00e9e \u00e0 l\u2019aide de Simcenter Amesim<\/a>. Dans la deuxi\u00e8me partie<\/a>, des simulations de m\u00e9canique des fluides num\u00e9rique (CFD) des composantes ont \u00e9t\u00e9 effectu\u00e9es avec Simcenter STAR-CCM+<\/a>.<\/p>\n

Dans cette partie de la s\u00e9rie, les donn\u00e9es obtenues des simulations CFD serviront directement \u00e0 remplacer des composants de la simulation de Simcenter Amesim. Ceci permettra d\u2019accro\u00eetre l\u2019exactitude de la simulation.<\/p>\n

Mod\u00e8le r\u00e9duit des composantes des dispositifs de refroidissement<\/h2>\n

Bien que Simcenter STAR-CCM+ et Simcenter Amesim puissent \u00eatre directement coupl\u00e9s, l\u2019approche pr\u00e9f\u00e9rable ici est de cr\u00e9er des mod\u00e8les r\u00e9duits (ROM). La cr\u00e9ation de ROM se compose de deux parties principales\u00a0: un balayage dans Simcenter STAR-CCM+ et l\u2019apprentissage et l\u2019exportation du mod\u00e8le dans Simcenter Amesim.<\/p>\n

Balayage des simulations CFD des dispositifs de refroidissement<\/h3>\n

La premi\u00e8re question \u00e0 se poser avant de cr\u00e9er le mod\u00e8le r\u00e9duit de la simulation de CFD est la suivante\u00a0: le mod\u00e8le doit-il se baser sur des donn\u00e9es \u00e0 l\u2019\u00e9tat d\u2019\u00e9quilibre ou des donn\u00e9es temporelles. Dans ce cas-ci, il est pr\u00e9f\u00e9rable d\u2019utiliser des donn\u00e9es \u00e0 l\u2019\u00e9tat d\u2019\u00e9quilibre provenant d\u2019un balayage des performances de la simulation CFD correspondante. Le comportement transitoire du dispositif de refroidissement peut \u00eatre pris en compte en introduisant un retard de premier ordre dont la constante de temps correspond \u00e0 la constante de temps thermique du dispositif.<\/p>\n

Avant de proc\u00e9der selon cette technique, une \u00e9tude de validation a \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9e afin de valider quels param\u00e8tres influen\u00e7aient la r\u00e9ponse du temps thermique.<\/p>\n

 <\/p>\n

\"Figure

Figure 1 : Temp\u00e9rature du moteur pour une entr\u00e9e progressive de la g\u00e9n\u00e9ration de chaleur, \u00ab N \u00bb correspondant aux courbes normalis\u00e9es.<\/em><\/p><\/div>\n

L\u2019\u00e9tude a \u00e9t\u00e9 effectu\u00e9e en utilisant l\u2019outil design manager, <\/em>int\u00e9gr\u00e9 \u00e0 Simcenter STAR-CCM+. La quantit\u00e9 de chaleur rejet\u00e9e, la temp\u00e9rature initiale du moteur et le d\u00e9bit de liquide de refroidissement ont tour \u00e0 tour \u00e9t\u00e9 vari\u00e9s \u00e0 partir d\u2019une simulation de r\u00e9f\u00e9rence. Il a \u00e9t\u00e9 conclu que le d\u00e9bit de liquide de refroidissement est le seul param\u00e8tre avec un impact sur la constante de temps thermique. Ceci est bien visible sur le graphique ci-dessus o\u00f9 toutes les courbes normalis\u00e9es sont superpos\u00e9es \u00e0 l\u2019exception de celle o\u00f9 le d\u00e9bit de liquide de refroidissement variait. L\u2019approche choisie est donc valable tant que la constante de temps thermique est ajust\u00e9e lorsque le d\u00e9bit du liquide de refroidissement varie.<\/p>\n

L\u2019\u00e9tape suivante consiste \u00e0 cr\u00e9er un second projet design manager<\/em> avec Simcenter STAR-CCM+. Ce projet utilise la simulation de la chemise d\u2019eau \u00e0 l\u2019\u00e9tat d\u2019\u00e9quilibre et permet de balayer rapidement plusieurs conditions aux limites. Les param\u00e8tres modifi\u00e9s \u00e9taient la temp\u00e9rature du liquide de refroidissement \u00e0 l\u2019entr\u00e9e, le d\u00e9bit massique du liquide de refroidissement et la quantit\u00e9 de chaleur du moteur rejet\u00e9e. La temp\u00e9rature moyenne du moteur, l\u2019augmentation de la temp\u00e9rature du liquide de refroidissement et la baisse de pression ont \u00e9t\u00e9 enregistr\u00e9es. Ces r\u00e9sultats se retrouvent ci-dessous.<\/p>\n

\"Figure

Figure\u00a02\u00a0: R\u00e9sultats enregistr\u00e9s pour la cr\u00e9ation du ROM<\/em><\/p><\/div>\n

 <\/p>\n

Cr\u00e9ation du mod\u00e8le r\u00e9duit<\/h3>\n

Il faut ensuite importer les donn\u00e9es du balayage dans ROM Builder <\/em>de Simcenter Amesim. Cet outil est \u00e9galement int\u00e9gr\u00e9 dans Simcenter Amesim. Il permet entre autres de cr\u00e9er directement un bloc Simcenter Amesim personnalis\u00e9 \u00e0 partir des donn\u00e9es de formation et de l\u2019utiliser imm\u00e9diatement dans une simulation.<\/p>\n

ROM Builder<\/em> permet de cr\u00e9er des mod\u00e8les pour des donn\u00e9es statiques, des donn\u00e9es temporelles, des \u00e9tats d\u2019espace et des r\u00e9ponses en fr\u00e9quence. L\u2019utilisation de donn\u00e9es statiques du balayage de CFD avec l\u2019ajout d\u2019un d\u00e9calage de premier ordre avec la constante de temps thermique est l\u2019approche de choix.<\/p>\n

Les donn\u00e9es du balayage de CFD ont \u00e9t\u00e9 divis\u00e9es de mani\u00e8re al\u00e9atoire en donn\u00e9es de formation et de validation, et entr\u00e9es dans ROM Builder.<\/em> Il est ainsi possible de cr\u00e9er le ROM en utilisant un r\u00e9seau neuronal, une surface de r\u00e9ponse ou bien un processus gaussien. Les trois m\u00e9thodes ont \u00e9t\u00e9 test\u00e9es et compar\u00e9es. Il s\u2019est av\u00e9r\u00e9 que la r\u00e9ponse thermique \u00e9tait assez simple \u00e0 mod\u00e9liser et que tous les mod\u00e8les ont donn\u00e9 une tr\u00e8s bonne fid\u00e9lit\u00e9 de formation et de validation.<\/p>\n

\"Figure

Figure\u00a03\u00a0: ROM Builder et comparaison de mod\u00e8les dans Simcenter Amesim<\/em><\/p><\/div>\n

 <\/p>\n

Le processus gaussien a \u00e9t\u00e9 s\u00e9lectionn\u00e9 et le mod\u00e8le a \u00e9t\u00e9 export\u00e9 comme bloc Simcenter Amesim. Une rapide simulation d\u2019\u00e9valuation comparative a \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9e dans Simcenter Amesim et Simcenter STAR-CCM+ pour s\u2019assurer que le ROM atteignait son objectif, \u00e0 savoir capturer avec pr\u00e9cision la r\u00e9ponse transitoire observ\u00e9e en CFD \u00e0 une fraction du co\u00fbt de calcul.<\/p>\n

Le ROM n\u00e9cessite un investissement important en ressources pour balayer les conditions aux limites, mais une fois les donn\u00e9es ajust\u00e9es au mod\u00e8le, ce qui prendrait quatre heures \u00e0 ex\u00e9cuter dans Simcenter STAR-CCM+ ne prend que quelques secondes sur le m\u00eame poste de travail dans Simcenter Amesim. L\u2019exactitude du mod\u00e8le r\u00e9duit est bonne et il n\u2019y a qu\u2019un l\u00e9ger d\u00e9calage par rapport \u00e0 la simulation CFD transitoire.<\/p>\n

\"Figure

Figure\u00a04\u00a0: Simulation CFD transitoire avec g\u00e9n\u00e9ration de chaleur al\u00e9atoire par \u00e9tapes.<\/em><\/p><\/div>\n

 <\/p>\n

\"Figure

Figure\u00a05\u00a0: Temp\u00e9rature moyenne de la chemise d\u2019eau \u00e0 un signal al\u00e9atoire progressif<\/em><\/p><\/div>\n

Les m\u00eames \u00e9tapes ont \u00e9t\u00e9 suivies pour cr\u00e9er un mod\u00e8le r\u00e9duit correspondant \u00e0 la plaque froide. En plus des autres r\u00e9sultats, ce mod\u00e8le r\u00e9duit de plaque froide permet de contr\u00f4ler la temp\u00e9rature maximale du dispositif dans Simcenter Amesim.<\/p>\n

Mod\u00e8le Simcenter Amesim\u00a02.0<\/h2>\n

Les mod\u00e8les r\u00e9duits ont maintenant remplac\u00e9 les composants initiaux de Simcenter Amesim dans la simulation du syst\u00e8me de refroidissement. La simulation d\u00e9crit maintenant plus pr\u00e9cis\u00e9ment le comportement des composants du syst\u00e8me de refroidissement, et ce, beaucoup plus rapidement que la CFD.<\/p>\n

\"Figure

Figure\u00a06\u00a0: Circuit de refroidissement liquide avec les super composants contenant les mod\u00e8les r\u00e9duits<\/em><\/p><\/div>\n

 <\/p>\n

Chacun des super composants contient le mod\u00e8le r\u00e9duit, et un moyen de modifier les conditions d\u2019\u00e9coulement du liquide de refroidissement en fonction des performances du dispositif de refroidissement et de l\u2019absorption de chaleur. Les signaux de temp\u00e9rature sont soumis \u00e0 un d\u00e9calage de premier ordre pour tenir compte de la d\u00e9pendance temporelle.<\/p>\n

\"Figure

Figure\u00a07\u00a0: Contenu du super composant permettant d\u2019inclure le mod\u00e8le r\u00e9duit<\/em><\/p><\/div>\n

 <\/p>\n

Prochaines \u00e9tapes et essais physiques<\/h2>\n

Quoique la simulation ait \u00e9volu\u00e9 d\u2019une simulation de syst\u00e8me de base \u00e0 une simulation utilisant des simulations CFD et des mod\u00e8les r\u00e9duits, il y a toujours place \u00e0 l\u2019am\u00e9lioration. Par exemple, Simcenter Amesim offre d\u2019autres fa\u00e7ons de mod\u00e9liser le radiateur, comme la CFD int\u00e9gr\u00e9e, le Heat Exchanger Assembly Tool <\/em>(HEAT) et la biblioth\u00e8que d\u00e9di\u00e9e aux syst\u00e8mes de refroidissement. Il pourrait \u00eatre int\u00e9ressant d\u2019explorer ces alternatives, mais la prochaine \u00e9tape tout indiqu\u00e9e est de se tourner vers la validation.<\/p>\n

Les caract\u00e9ristiques de performance telles que l\u2019augmentation de la temp\u00e9rature du liquide, la temp\u00e9rature \u00e0 des points pr\u00e9cis et la constante de temps thermique seront obtenues en testant le moteur et l\u2019onduleur avec un dynamom\u00e8tre. La simulation de syst\u00e8me pourra \u00e9galement \u00eatre valid\u00e9e sur la piste en utilisant les enregistrements de couple et tours par minute en plus des conditions ambiantes pour faire fonctionner le mod\u00e8le et comparer les temp\u00e9ratures pr\u00e9dites \u00e0 celles observ\u00e9es.<\/p>\n

La performance du radiateur pourra \u00e9galement \u00eatre mesur\u00e9e \u00e0 l\u2019aide d\u2019une petite soufflerie imprim\u00e9e\u00a03D. Un balayage des temp\u00e9ratures du liquide de refroidissement \u00e0 l\u2019entr\u00e9e et du d\u00e9bit d\u2019air et de liquide pourra \u00eatre effectu\u00e9.<\/p>\n

Tous ces tests permettront de valider le travail effectu\u00e9 dans Simcenter Amesim et Simcenter STAR-CCM+, et serviront aussi \u00e0 ajuster ces simulations.<\/p>\n

Conclusion de la s\u00e9rie<\/h2>\n

Le but de cette s\u00e9rie d\u2019articles \u00e9tait de montrer comment d\u00e9velopper et utiliser le jumeau num\u00e9rique d\u2019un syst\u00e8me de refroidissement de voiture \u00e9lectrique dans un contexte de conception. Le tout a \u00e9t\u00e9 rendu possible gr\u00e2ce \u00e0 l\u2019utilisation combin\u00e9e et compl\u00e9mentaire de Simcenter STAR-CCM+ et de Simcenter Amesim.<\/p>\n

Le r\u00e9sultat est un mod\u00e8le qui permet de mesurer la performance transitoire de tout le syst\u00e8me, dans diff\u00e9rentes conditions et pour diff\u00e9rentes conceptions. Cela dit, une partie importante du projet reste \u00e0 accomplir en validation et essais physiques.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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